Ningún sistema es adecuado para todos.

Los componentes que componen su sistema de posicionamiento de alta precisión (base y cojinetes, sistema de medición de posición, sistema de motor y accionamiento y controlador) deben funcionar juntos lo mejor posible. En la Parte 1 cubrimos la base del sistema y los cojinetes. Aquí, cubrimos la medición de posición. La Parte 3 cubrirá el diseño de etapa, variador y codificador; el amplificador de accionamiento; y controladores.

Sistema de medición de posición

Generalmente, puede clasificar los controladores como de “bucle abierto” o “bucle cerrado”. En los controladores de lazo abierto (generalmente utilizados con motores paso a paso) cada impulso que emite el controlador provoca un determinado desplazamiento del carro. Sin embargo, no hay medios para determinar cuán grande ha sido el desplazamiento. Por ejemplo, es posible que se hayan emitido 500 pulsos, pero debido a la fricción, la tolerancia del husillo de bolas, la histéresis, los errores de devanado, etc., es posible que la mesa se haya movido solo durante 498 pulsos. Una desventaja importante es que no se produce ninguna corrección de errores de posicionamiento.

En un sistema de circuito cerrado, o sistema servo, un codificador de posición proporciona retroalimentación al controlador. El controlador continúa enviando señales de control del motor hasta que se alcanza la posición exacta deseada del carro.

Una diapositiva sin información de posición en la ilustración superior, seguida de los tres métodos comunes para medir la posición de la diapositiva:
• Codificador de posición montado en el motor o en el eje del husillo de bolas.
• Codificador lineal montado sobre carro.
• Interferómetro láser con espejos montados en el portaobjetos.

En el primer método, la posición del carro se mide indirectamente: el codificador de posición se monta en el eje motor. La tolerancia, el desgaste y la conformidad de los componentes mecánicos entre el carro y el codificador de posición provocan desviaciones entre las posiciones deseadas y verdaderas del carro. Combinado con el husillo de bolas, la precisión del deslizamiento, en el mejor de los casos, está limitada por la precisión del husillo de bolas. Las precisiones típicas son de ±5 a ±10 mm/recorrido de 300 mm.

La mayoría de los sistemas de medición lineal constan de una escala de vidrio precisa y un cabezal de medición fotoeléctrico. La báscula o el cabezal se conectan directamente a la corredera móvil y miden la posición de la corredera directamente. Las imprecisiones de los husillos de bolas tampoco introducen errores. Las precisiones típicas de la báscula en sí son de ±1 a ±5 mm/m. Esta es también la precisión del propio carro en la ubicación del cabezal de medición.

La carga del escenario (cuya precisión de posición es lo que realmente nos interesa) está siempre a cierta distancia de la escala de medición, medida en una dirección perpendicular a la dirección del movimiento, porque la mayoría de los codificadores están ubicados debajo del carro, pero la carga está encima. . Esto es aún más pronunciado con etapas apiladas. Durante un movimiento, si la corredera se inclina un poco debido a desviaciones en la rectitud de las vías de rodamiento, errores de inversión, etc., se crea una desviación relativa a la posición de la carga frente al codificador.

Un pequeño error angular con un gran desplazamiento, como el que se encuentra en las etapas XY apiladas, puede provocar una multiplicación de la inexactitud de la escala. En otras palabras, una escala de medición proporciona información de posición correcta sólo en el lugar donde se fija el cabezal de medición.

Una etapa de movimiento con características de balanceo de precisión, por ejemplo, muestra errores angulares típicos de aproximadamente ±5 segundos de arco. (1 segundo de arco = 1/3.600 grados o aproximadamente 5 μrad). Para una distancia de 100 mm entre la carga y la báscula, esto da como resultado un error de posicionamiento de ±2,5 mm.

Para aplicaciones extremadamente precisas, el sistema de retroalimentación de posicionamiento del interferómetro láser con espejos planos es la mejor opción. La longitud de onda de un láser de helio-neón, 632,8 nm, sirve como estándar. Un nanómetro mide 1 × 10-9 metros. Es posible una precisión de aproximadamente ±0,1 mm/m para una fuente láser estabilizada, con una resolución de hasta λ/1.024 o 0,617 μm. Lambda (λ) es la longitud de onda de la luz.

Una ventaja principal es que los espejos pueden estar en el lugar de la carga; es decir, donde la precisión es realmente importante. Se eliminan los errores de Abbé. La planitud del espejo, típicamente en el rango submicrónico, determina la linealidad con la que se mueve la diapositiva.

Además, debido a que el movimiento de una plataforma XY está referenciado a un punto fijo fuera del plano de movimiento, la retroalimentación compensa automáticamente cualquier falta de cuadratura del sistema XY, porque mantiene la corredera a una distancia fija.

La longitud de onda de la luz en el aire depende de la velocidad de la luz en el aire, que es función de la temperatura, la presión y la humedad relativa del aire, entre otras cosas. Cuando se utiliza una báscula de medición, un cambio de temperatura produce errores de medición debido a la expansión del material de la báscula. Los coeficientes de expansión típicos para básculas de vidrio y acero son 8 y 10 mm/m por grado K. Con un interferómetro láser, donde no se puede mantener un entorno estable, se pueden corregir los cambios atmosféricos con componentes de compensación automática opcionales.